上節(jié)主要說了采用Boussinesq假設(shè)的自然對流基礎(chǔ)理論，本節(jié)會講一下相應(yīng)的Fluent應(yīng)用案例，重點(diǎn)針對Boussinesq假設(shè)相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)置詳細(xì)說明。

1.設(shè)置要點(diǎn)

首先不說廢話，先概括一下設(shè)置要點(diǎn)。如上節(jié)所述，我們已經(jīng)知道Boussinesq假設(shè)主要針對動量方程的浮力項(xiàng)作了如下處理，這里就引出了三個量：操作密度ρ0、熱膨脹系數(shù)β及操作溫度T0。

那么該設(shè)置要點(diǎn)就是：

（1）勾選重力加速度

（2）設(shè)置操作密度ρ0、熱膨脹系數(shù)β及操作溫度T0。

2.案例概述

本例采用Fluent自帶的驗(yàn)證算例說明，如下圖所示，一個長寬比為28.6的封閉空腔，上下水平壁面為絕熱壁面，兩個豎直壁面施加不同的壁面溫度，重力加速度為豎直Y方向，空腔內(nèi)發(fā)生湍流自然對流，可以推算空腔內(nèi)溫升并不大（溫升在20%以內(nèi)），適用于Boussinesq假設(shè)。

3.操作流程

（1）進(jìn)行總體設(shè)置。Steady，Pressure-based求解。由于自然對流是由于重力引起的，因此一定要勾選重力項(xiàng)。

（2）進(jìn)行模型設(shè)置。因?yàn)榭紤]了溫度變化，打開能量方程；選擇Standard k-ε湍流模型，需要說明的是自然對流選擇層流還是湍流模型并不是根據(jù)雷諾數(shù)進(jìn)行判斷，而是根據(jù)瑞利數(shù)Ra進(jìn)行判斷：

層流和湍流的過渡區(qū)間很大，F(xiàn)luent幫助文檔給出Ra=1e8作為參考，認(rèn)為Ra>1e8時為自然對流湍流，相反為層流，大多數(shù)自然對流都為層流，本例較為特殊。

（3）進(jìn)行材料屬性關(guān)鍵設(shè)置。進(jìn)行材料屬性設(shè)置前，首先進(jìn)行操作溫度T0設(shè)置,操作溫度一般選擇環(huán)境溫度，可以按照下圖原則進(jìn)行設(shè)置。

材料屬性設(shè)置中Density選擇boussinesq，填寫操作密度ρ0數(shù)值，填寫熱擴(kuò)散系數(shù)β數(shù)值，其中操作密度ρ0及熱擴(kuò)散系數(shù)β分別為操作溫度T0下對應(yīng)的數(shù)值。

 

（4）進(jìn)行邊界條件設(shè)置。對左、右豎直壁面進(jìn)行溫度設(shè)置，其余壁面默認(rèn)為絕熱壁面。

（5）進(jìn)行求解方法及初始化設(shè)置。壓力-速度耦合方式選擇Coupled，Pressure離散格式推薦選擇PRESTO!或Body force Weighted格式，勾選Pseudo Transient。

進(jìn)行Hybrid Initialization初始化。

（6）求解。迭代求解500步。溫度云圖結(jié)果及與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如下：

4.全方程模型求解

若不采用Boussinesq假設(shè)，直接用理想氣體方程求解，只需要修改Density和勾選、設(shè)置Operating Density即可。

計(jì)算結(jié)果與采用Boussinesq假設(shè)求解基本相同。

至此，Boussinesq自然對流理論及案例已基本介紹結(jié)束。

 

BY THE WAY,今天3月8日凌晨，祝女神節(jié)快樂。

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